Bioénergétique : composés " riches en énergie "
Composés à liaison phosphate
GTP (guanosine triphosphate)

Structure du GTP

Le GTP ou guanosine triphosphate est composé comme tous les nucléosides triphosphate (NTP) par :

• 

  1. une base azotée, ici une base purique, la guanine,
• 2. un pentose, sucre à 5 carbones, le ribose,
• 3. trois groupes phosphate.

Fonctions du GTP

Le GTP participe à de nombreuses fonctions.

GTP : composé
" riche en énergie "

Le GTP est un composé " riche en énergie ", similaire à l'ATP, mais dont le rôle est bien plus spécifique, en particulier dans la synthèse des protéines et la gluconéogenèse.

Cette particularité est liée Les liaisons phosphoanhydrides (ou pyrophosphates) relient les phosphates α et β et β et γ, i.e. les phosphates sont désignés depuis le ribose en allant vers l'extérieur.

1. Dans la gluconéogenèse, i.e. synthèse du glucose à partir de composés non-glucidiques, le GTP joue un rôle important dans plusieurs voies, comme celle la conversion de l'oxaloacétate en phosphoénolpyruvate (PEP) par PEPCK (PhosphoEnolPyruvate CarboxyKinase ou EC 4.1.1.32).

$\ce{Oxaloacétate + GTP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Phosphoénolpyruvate + CO2 + GTP}$

2. Lors de la polymérisation des microtubules, chaque hétérodimère (tubuline α/β) comporte deux molécules de GTP : le GTP est hydrolysé en GDP lorsqu'ils sont ajoutés à l'extrémité positive du microtubule en croissance (Structural model for differential cap maturation at growing microtubule ends 2020).

• Une telle hydrolyse GTP ne serait pas obligatoire pour la formation des microtubules.
• Toutefois, une tubuline liée au GTP sert de coiffe à l'extrémité des microtubules pour protéger de la dépolymérisation : lors de l'hydrolyse en GDP, la dépolymérisation commence.

3. Le GTP joue aussi un rôle dans :

• la translocation des protéines à travers les membranes ( transport membranaire),
• le transport des vésicules au sein de la cellule,
• la fusion et la fission des mitochondries, qui permet leur adaptation rapide aux changements des conditions cellulaires.

Remarque : la superfamille de la dynamine (DSP) fait partie des GTPases.

Autres rôles du GTP

1. Le GTP est un substrat pour la biosynthèse des protéines (traduction) au niveau du ribosome :

• pour la phase d'élongation de la traduction (translation en anglais) de l'ARNt au site A du ribosome,
• pour la translocation du ribosome vers l'extrémité 3' de l'ARNm.

2. Le GTP est un transducteur du signal.

• En particulier, son rôle est essentiel dans les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR), dans les mécanismes du second messager, où il est converti en guanosine diphosphate (GDP) par l'action des GTPases.
• Cette transduction est importante dans les organes des sens (gustation, olfaction et vision).

Hydrolyse du GTP

L'hydrolyse du GTP est formulée par la réaction suivante (Modeling the mechanisms of biological GTP hydrolysis 2015).

$\ce{GTP = H20}$ $\longrightarrow$ $\ce{GDP + Pi}$

1. L'hydrolyse de la liaison phosphoanhydride (ou pyrophosphate) terminale est un processus hautement exergonique.

• 

  Ces liaisons relient les phosphates α et β et β et γ, les phosphates sont désignés depuis le ribose en allant vers l'extérieur.
• La valeur admise actuellement pour $\ce{\Delta G'0}$ (énergie libre ou énergie de Gibbs) lors de l'hydrolyse de la liaison phosphoanhydride terminale est d'environ 7,3 kcal.mole^-1 ou 30,5 kJ.mole^-1.

2. Cette hydrolyse est activée par les GTPases qui comportent :

• des grandes protéines G hétérotrimériques (EC 3.6.5.1) impliquées dans les signaux hormonaux et sensoriels, comportant 16 sous-unités α, 5 β et 12 γ différentes selon la protéine.
• des petites GTPases monomériques (EC 3.6.5.2), qui composent la superfamille des Ras (RAs Sarcoma) et sont impliquées dans les cascades de transduction,
• mais aussi d'autres GTPases.

3. La différence majeure avec les ATPases est que l'hydrolyse du GTP en GDP est relativement lente, et que les GTPases utilisent des " commutateurs fonctionnels ", essentiels à la dynamique cellulaire.

• Les GEF (Guanine nucleotide exchange factor) activent l'activité GTPasique (mise en position " on ") en stimulant la libération de guanosine diphosphate (GDP) pour permettre la liaison de guanosine triphosphate (GTP).
• Les GAP (GTPase-Activating Protein ou GTPase-Accelerating Protein) inhibent l'activité GTPasique (mise en position " off ") en accélérant l'hydrolyse intrinsèquement lente de la GTP.

Synthèse du GTP

Au cours du métabolisme aérobie, i.e. en présence de $\ce{02}$, le GTP est produit, en particulier par deux voies principales  :

1. La septième étape du cycle de Krebs par la conversion du succinyl-CoA en succinate catalysée par la succinyl-CoA synthétase (EC 6.2.1.4).

$\ce{Succinyl-CoA + GDP + Pi }$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Succinate + GTP + CoA}$

2. Les échanges de groupes phosphate avec les molécules d'ATP catalysés par NDPK ( nucléoside-diphosphate kinase ou EC 2.7.4.6).

$\ce{GDP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{GTP + ADP}$